添加殘次蘋果發(fā)酵物對玉米秸稈青貯品質(zhì)的影響

郭 睿 艾 琪 陳亞飛 蘇華維 蔣 慧* 蔣 濤*

(1.塔里木大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，阿拉爾 843300；2.塔里木畜牧科技兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，阿拉爾 843300；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，北京 100193；4.動物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

新疆畜牧業(yè)以牛、羊等草食家畜為主，需要大量的飼草作為支撐，近幾十年來由于過渡放牧等人為原因，造成天然草地退化嚴(yán)重，提供給草食家畜的飼草嚴(yán)重不足[1-3]；另外，新疆是著名的瓜果之鄉(xiāng)，林果種植面積占全疆耕地面積的24%，在主產(chǎn)區(qū)農(nóng)民人均收入中，來自林果業(yè)的人均收入在45%以上，2017年底，蘋果的種植面積達(dá)7.64萬hm2，總產(chǎn)量為153.41萬t，2018年僅阿克蘇地區(qū)蘋果栽培面積達(dá)2.59萬hm2，總產(chǎn)量為63.04萬t[4-5]。畜牧業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值19%左右，因此，新疆人工草地與林果業(yè)等經(jīng)濟(jì)作物在種植業(yè)的比較中處于劣勢，造成人工草地的發(fā)展受到限制，使得新疆優(yōu)質(zhì)粗飼料資源匱乏[3,6]。

隨著新疆林果業(yè)的快速發(fā)展，蘋果的產(chǎn)量逐年增加，蘋果生產(chǎn)中，殘果、次果、落地果占10%左右，采摘運(yùn)輸過程中的刺傷、碰撞損失占15%左右，自然腐爛率為10%左右，蘋果的傷殘爛果率可達(dá)25%左右，殘次蘋果資源不斷增大，殘次蘋果加工利用率不到20%[7-8]。同時，新疆地理位置偏遠(yuǎn)，缺少深加工，殘次蘋果加工利用率低于全國平均水平，多數(shù)殘次蘋果被拋棄，腐敗變質(zhì)，資源浪費(fèi)嚴(yán)重[4,9]。目前，在飼料加工方面蘋果渣的利用較多，殘次蘋果用作飼料加工的報(bào)道較少[10-12]。

殘次蘋果含有豐富的可溶性碳水化合物，為微生物發(fā)酵提供充足的發(fā)酵底物，再加之水分含量較高，很容易發(fā)生腐敗變質(zhì)，如果將其制成發(fā)酵物，可保存其營養(yǎng)價值，就能更好地利用這一資源，減少浪費(fèi)。玉米秸稈青貯是來源最廣泛、應(yīng)用普遍的一種反芻動物飼料，據(jù)2019年報(bào)道，新疆有玉米秸稈993.08萬t[5]，但由于去穗玉米秸稈青貯的碳水化合物中淀粉含量低，纖維含量高，營養(yǎng)品質(zhì)差，為改善其青貯品質(zhì)，研究者們將玉米秸稈與廢棄白菜[13]、萵筍葉[14]、紫荊花[15]等副產(chǎn)品進(jìn)行混合青貯，獲得了較好的青貯品質(zhì)。因此，為合理利用含有豐富可溶性碳水化合物的殘次蘋果資源，改善玉米秸稈青貯品質(zhì)，克服殘次蘋果與玉米秸稈生產(chǎn)不在同一時間節(jié)點(diǎn)的矛盾，本研究以殘次蘋果發(fā)酵物和干玉米秸稈為原料，旨在探索添加殘次蘋果發(fā)酵物能否改善玉米秸稈的青貯品質(zhì)及其適宜添加比例，為殘次蘋果發(fā)酵物和玉米秸稈的初步利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

殘次蘋果和玉米秸稈均購買于周邊團(tuán)場，在殘次蘋果中添加本研究團(tuán)隊(duì)篩選的幾種乳酸菌組合進(jìn)行發(fā)酵得到殘次蘋果發(fā)酵產(chǎn)物。青貯原料營養(yǎng)水平和微生物數(shù)量見表1。

表1 青貯原料營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))和微生物數(shù)量(鮮重基礎(chǔ))

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，將殘次蘋果發(fā)酵物與玉米秸稈按不同重量百分比混合，添加比例分別為0∶10(Ⅰ組)、1∶9(Ⅱ組)、3∶7(Ⅲ組)、5∶5(Ⅳ組)、7∶3(Ⅴ組)，每組3個重復(fù)。

1.3 混貯飼料的調(diào)制

將玉米秸稈切成2～3 cm的長度，殘次蘋果發(fā)酵物和玉米秸稈按試驗(yàn)設(shè)計(jì)的重量百分比混勻，水分含量低的組用自來水調(diào)節(jié)至與高水分組相當(dāng)，壓入潔凈的1 L玻璃廣口瓶中，壓實(shí)密度為(650±50) g/L，用凡士林和膠帶密封。青貯制作時對不同比例混合的原料分別進(jìn)行取樣，用于測定營養(yǎng)水平；90 d后開蓋取樣，分析青貯飼料營養(yǎng)水平和發(fā)酵品質(zhì)；同時檢測發(fā)酵罐開蓋后第0、1、3、5、8、15天各組在有氧暴露下pH及乳酸菌、酵母菌和霉菌數(shù)量的變化。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 青貯原料與青貯飼料營養(yǎng)水平的測定

分別稱取各混合比例發(fā)酵前和發(fā)酵后樣本各200 g在65 ℃烘箱(DHG-9240A，上海齊欣)中，烘干至恒重，粉碎后過40目篩，密封保存?zhèn)溆谩８晌镔|(zhì)(DM)含量采用烘干法測定；粗蛋白質(zhì)(CP)含量采用凱氏定氮法[16]測定；中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量采用范氏洗滌纖維法[17]測定；可溶性碳水化合物(WSC)含量采用蒽酮-硫酸比色法[18]測定。

1.4.2 青貯飼料的感官評定、pH及發(fā)酵品質(zhì)的測定

通過pH、色澤、氣味、質(zhì)地以及霉變情況進(jìn)行感官評定[19]。開瓶取出青貯飼料混合均勻后，準(zhǔn)確稱取50 g青貯飼料放入1 L三角瓶中，加450 mL蒸餾水后封口，放入4 ℃冰箱中浸提24 h，用滌綸布過濾，并擠盡殘?jiān)械奶崛∫海枚繛V紙過濾，所得提取液保存?zhèn)溆谩Ｔ谔崛∫褐屑尤?5%的偏磷酸(浸提液與偏磷酸的體積比為5∶1)，靜置30 min，在1 500 r/min，4 ℃離心15 min，上清液經(jīng)0.45 μm濾膜過濾，用高效液相色譜儀測定乳酸(LA)含量[20]，高效氣相色譜儀測定乙酸(AA)、丙酸(PA)、丁酸(BA)的含量[21]。

pH用酸度計(jì)(PHSJ-5，上海雷磁)測定。

用苯酚-次氯酸鈉比色法[22]測定氨態(tài)氮(NH3-N)含量。

青貯品質(zhì)的綜合評分：將有機(jī)酸占總酸比例的得分和NH3-N占總氮的得分相結(jié)合，兩者各占50%(即有機(jī)酸得分除以2，再與NH3-N得分相加)得到綜合得分[23]。

1.4.3 青貯飼料在有氧暴露下微生物數(shù)量的測定

在青貯90 d開蓋取樣，記為有氧試驗(yàn)第0天，開蓋第2天記為有氧試驗(yàn)的第1天，以此類推。分別稱取開蓋后第0(青貯當(dāng)天)、1、3、5、8、15天的青貯飼料20 g樣品，加入180 mL的滅菌水，并做倍比稀釋，每個稀釋梯度做3個重復(fù)，乳酸菌用MRS培養(yǎng)基、酵母菌用PDA培養(yǎng)基、霉菌使用高鹽察氏培養(yǎng)基進(jìn)行平板涂布，對相應(yīng)微生物菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)[24]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用分析軟件DPS v3.01專業(yè)版和Excel 2019處理，數(shù)據(jù)采用單因素方差分析，并作Duncan氏法多重比較。P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 青貯飼料的感官評定

青貯90 d后，通過觀察殘次蘋果發(fā)酵物與玉米秸稈混貯的色澤、氣味、質(zhì)地等對其進(jìn)行評分并將結(jié)果列入表2。Ⅰ組的pH為4.72，顏色為褐色，有刺鼻酒酸味，質(zhì)地略帶黏性，青貯感官得分為33，等級為中；Ⅱ組的pH為4.40，顏色為淺褐色，有淡酸味，質(zhì)地松軟不黏手，青貯感官得分為49，等級為中；Ⅲ和Ⅳ組的pH分別為4.01、3.83，顏色分別為黃色和黃褐色，甘酸味舒適，質(zhì)地松軟不黏手，青貯感官得分分別是83、81，等級為優(yōu)；Ⅴ組的pH為3.71，顏色呈褐色，甘酸味舒適，質(zhì)地松軟但黏手，青貯感官得分是61，等級是良。

表2 混合青貯飼料感官評定

2.2 青貯發(fā)酵前后的營養(yǎng)水平

由表3可知，發(fā)酵前，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組的DM含量顯著高于Ⅳ、Ⅴ組(P<0.05)；CP、WSC含量隨著殘次蘋果發(fā)酵物添加比例的增加而增加，并且Ⅴ組顯著高于其他組(P<0.05)，Ⅰ組的NDF、ADF含量顯著高于其他4組(P<0.05)。

表3 混合青貯飼料發(fā)酵前后營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))

青貯發(fā)酵90 d后，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組間DM含量差異不顯著(P>0.05)，但均顯著高于Ⅳ和Ⅴ組(P<0.05)；Ⅰ、Ⅱ組的差異不顯著(P>0.05)，但顯著低于Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ組(P<0.05)，Ⅲ和Ⅳ組差異也不顯著(P>0.05)；Ⅰ組的NDF、ADF含量顯著高于其他組，且各組之間差異顯著(P<0.05)；Ⅰ組的WSC含量顯著低于其他各組(P<0.05)，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組間差異不顯著(P>0.05)。

2.3 青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)及綜合評價

由表4可知，添加殘次蘋果發(fā)酵物組中LA和AA含量均隨殘次蘋果發(fā)酵物添加比例增加而增加，顯著高于未添加的Ⅰ組(P<0.05)；PA含量除Ⅱ組為微量外，Ⅳ、Ⅴ組的PA含量顯著高于Ⅰ組(P<0.05)，而Ⅲ組與Ⅰ組差異不顯著(P>0.05)；Ⅰ組的BA含量和AN/TN顯著高于其他各組(P<0.05)，Ⅲ組的BA含量(0.01%)最低，并且Ⅲ、Ⅵ和Ⅴ組之間AN/TN差異不顯著(P>0.05)。

表4 混合青貯飼料的發(fā)酵產(chǎn)物及綜合評價

LA/TA隨著殘次蘋果發(fā)酵物添加比例的增加而升高，AN/TN和AA/TA隨殘次蘋果發(fā)酵物添加比例的增加而降低；未添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅰ組LA/TA最低，AN/TN、AA/TA和BA/TA均最高。Ⅰ組的綜合得分為60，等級為中，添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ組的等級分別為良、優(yōu)、優(yōu)和優(yōu)，綜合得分分別為79.5、94.5、93.0、90.5，其中Ⅲ組得分最高。

2.4 有氧暴露情況下的pH和微生物數(shù)量的動態(tài)變化

由表5可知，從有氧暴露第1～15天，Ⅲ、Ⅳ組之間的pH差異不顯著(P>0.05)，但顯著低于Ⅰ、Ⅱ和Ⅴ組(P<0.05)；并且隨著有氧暴露時間的延長，各組的pH逐漸升高。

表5 有氧暴露過程中混合青貯pH和微生物數(shù)量的變化

續(xù)表5有氧暴露時間Oxygen exposure time組別GroupspH乳酸菌Lactic acid bacteria/[lg(CFU/g FM)]酵母菌Yeast/[lg(CFU/g FM)]霉菌Mold/[lg(CFU/g FM)]Ⅰ6.92±0.02a2.19±0.12d6.47±0.09a7.15±0.12aⅡ6.19±0.01b4.06±0.10c5.84±0.10b4.69±0.20c第15天 Day 15Ⅲ5.17±0.11c5.08±0.09a4.98±0.09c3.92±0.01dⅣ5.30±0.02c4.45±0.12b5.03±0.12c4.02±0.05dⅤ6.20±0.03b4.26±0.12c5.95±0.15b5.29±0.17b

乳酸菌的數(shù)量隨著有氧暴露時間的延長而減少，有氧暴露第0天時，各組乳酸菌的數(shù)量變化隨殘次蘋果發(fā)酵物添加比例的增加而增加。從有氧暴露第0～15天，未添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅰ組乳酸菌數(shù)量均顯著低于添加殘次蘋果發(fā)酵物的其他4組(P<0.05)，Ⅲ組的乳酸菌數(shù)量均顯著高于其他各組(P<0.05)。

酵母菌數(shù)量變化隨著有氧暴露時間的延長而迅速增多，有氧暴露第0～15天，未添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅰ組的酵母菌數(shù)量顯著高于添加殘次蘋果發(fā)酵物的其他4組(P<0.05)；其中，第0天Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組之間的酵母菌數(shù)量差異不顯著(P>0.05)。從有氧暴露第1～15天，Ⅲ和Ⅳ組的酵母菌數(shù)量顯著低于其他組(P<0.05)。

霉菌數(shù)量隨著有氧暴露時間的延長逐漸增多，在有氧暴露第0天，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組均未檢測到霉菌；有氧暴露第1天，Ⅱ、Ⅴ組開始有霉菌；有氧暴露第5天，Ⅲ、Ⅳ組開始有霉菌；有氧暴露第1～15天，Ⅲ和Ⅳ組的霉菌數(shù)量顯著低于其他組(P<0.05)。

3 討 論

3.1 添加殘次蘋果發(fā)酵物對玉米秸稈青貯感官品質(zhì)的影響

優(yōu)質(zhì)青貯的顏色接近原料的色澤，莖葉結(jié)構(gòu)清晰可見，松散不黏手，有芳香味[25]。本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未添加殘次蘋果發(fā)酵物的玉米秸稈青貯后，有刺鼻酒酸味，說明玉米秸稈單獨(dú)青貯品質(zhì)較差，而添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅱ～Ⅳ組青貯，氣味由淡酸味變?yōu)楦仕嵛叮伾蓽\褐色變?yōu)辄S褐色；質(zhì)地方面，松散柔軟不黏手，說明添加殘次蘋果發(fā)酵物可以改善玉米秸稈青貯的感官品質(zhì)，而添加70%的殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅴ組感官顏色較深，有黏性容易結(jié)塊，這可能是由于加入殘次蘋果發(fā)酵物比例較高使青貯水分含量過高。

3.2 添加殘次蘋果發(fā)酵物對玉米秸稈青貯營養(yǎng)水平的影響

WSC為青貯提供發(fā)酵底物，可確保乳酸菌快速形成LA，促使pH下降抑制不良微生物生長[26]。本研究中，添加殘次蘋果發(fā)酵物的玉米秸稈青貯中CP、WSC含量增加，為獲得良好的青貯品質(zhì)提供物質(zhì)基礎(chǔ)，青貯后的飼料NDF、ADF含量降低，表明添加殘次蘋果發(fā)酵物有助于玉米秸稈的進(jìn)一步利用。這與楊道蘭等[27]報(bào)道新鮮花椰菜莖葉與玉米秸稈混貯后其NDF和ADF含量隨著新鮮花椰菜莖葉添加比例增大而降低，CP含量增加及李樹成等[28]將白花草木樨與玉米秸稈混貯后發(fā)現(xiàn)隨著白花草木樨添加比例的增加，NDF和ADF的含量降低結(jié)果一致。

3.3 添加殘次蘋果發(fā)酵物對玉米秸稈青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響

pH快速降低能夠抑制不利于青貯的厭氧微生物如腸細(xì)菌和梭菌的生長，減少蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分的損失[29-30]。本試驗(yàn)結(jié)果中，添加殘次蘋果發(fā)酵物能顯著降低玉米秸稈青貯的pH，并隨其添加比例增加，混貯飼料的pH逐漸降低，表明添加殘次蘋果發(fā)酵物有利于抑制有害微生物的繁殖，更好地保存玉米秸稈的營養(yǎng)價值，獲得優(yōu)良的青貯飼料。

NH3-N是飼料蛋白質(zhì)被微生物降解的產(chǎn)物，NH3-N/TN高，表明飼料蛋白轉(zhuǎn)化成NH3-N的量越多，其飼用價值降低，優(yōu)質(zhì)青貯飼料的NH3-N/TN低于10%[30-32]。本試驗(yàn)中，玉米秸稈單獨(dú)青貯的NH3-N/TN顯著高于其他各組，其比值為12.15%，說明發(fā)酵品質(zhì)差；其他各組NH3-N/TN均低于10%，達(dá)到優(yōu)良青貯飼料的要求，表明添加殘次蘋果發(fā)酵物能降低蛋白質(zhì)的降解，有利于更好地保存飼料營養(yǎng)物質(zhì)。

LA和AA含量增加能使秸稈的pH迅速降低，有效地防止霉菌和酵母菌等好氣性有害微生物對青貯秸稈的有氧腐敗[33]。本試驗(yàn)中，隨著殘次蘋果發(fā)酵物添加比例的增多，混合青貯中LA和AA含量也逐漸增多，而BA含量呈減少的趨勢，pH逐漸下降，表明添加殘次蘋果發(fā)酵物的玉米秸稈青貯有利于LA發(fā)酵，從而改善玉米秸稈的發(fā)酵品質(zhì)。這與Ke等[34]、孫雨坤等[35]在苜蓿中添加蘋果渣增加苜蓿青貯中的LA含量，降低其pH，抑制其他有害微生物的繁殖，獲得良好的青貯品質(zhì)的結(jié)果一致。

3.4 添加殘次蘋果發(fā)酵物對玉米秸稈青貯有氧暴露pH和微生物動態(tài)變化的影響

青貯飼料在有氧暴露情況下，以酵母菌、霉菌為主的好氧微生物大量繁殖，消耗青貯飼料中的LA和其他營養(yǎng)物質(zhì)，使pH上升[36]，有氧穩(wěn)定性差。本試驗(yàn)的結(jié)果表明，未添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅰ組隨著有氧暴露時間的延長，乳酸菌數(shù)量降低，酵母菌和霉菌數(shù)量增加，pH均逐漸上升，較添加殘次蘋果發(fā)酵物的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組變化快；但Ⅴ組的相應(yīng)微生物和pH的變化較Ⅰ組更快。這表明在一定范圍內(nèi)，添加殘次蘋果發(fā)酵物可增加玉米秸稈青貯的有氧穩(wěn)定性；當(dāng)添加70%的殘次蘋果發(fā)酵物時(Ⅴ組)，玉米秸稈青貯中的WSC含量殘留高，導(dǎo)致好氧性微生物快速繁殖，有氧穩(wěn)定性降低，這與其他研究者的結(jié)果[37-39]相似。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)中，添加殘次蘋果發(fā)酵物能提高玉米秸稈原料的CP和WSC含量，降低粗纖維含量；顯著提高混合青貯飼料中LA和AA含量，降低pH、BA和NH3-N含量，混合青貯飼料的感官品質(zhì)和發(fā)酵品質(zhì)得到良好改善。殘次蘋果發(fā)酵物與玉米秸稈的比例適宜在3∶7～5∶5。